匀速管流量计

声学多普勒的水流测量系统是水与废水行业中的主要工具，不仅测量水流速度，还可以测量水位以及计算流量（排放量），并且测量数据的输出格式可轻松实现上传到商业数据记录器、SCADA系统、PLC以及远程遥测设备。仪器常用到名称如下：# ADFM–声学多普勒流量计# ADVM–声学多普勒流速# AVM–面积流速型流量计#“超声波”流量计上述术语有时可以互换使用，如“多普勒”。但并非所有多普勒系统均采用相同的工作方式，用于流量测量的多普勒系统大致可以分为两类：连续波 (CW) 和脉冲。SonTek声学多普勒系统（例如SonTek-IQ）就是脉冲多普勒，连续波式或脉冲式多普勒是否适合于特定场所将取决于环境因素和精度要求。价格通常被视为连续波式与脉冲式多普勒流量计之间的主要区别，有时这也是选择仪器时最重要的考量。然而，对大多数操作人员和管理人员而言，了解技术差异及其在野外环境的意义将有助于作出明智的选择，同样关系到设备操作、数据质量保障和未来的决策。本技术说明旨在从实践的角度阐明某些重要的技术差异。声学多普勒流速测量系统采用多普勒频移的物理原理来测量水流速度。多普勒原理指出了，如果声源相对于接收器运动，则接收器处的声音频率会与发射频率相偏移。请注意，多普勒系统实际上并未直接测量水流速度，而是测量悬浮在水柱中的散射颗粒的速度，并假设颗粒的运动速度与水流速度相同。如果没有反射信号的散射颗粒，则多普勒系统将无法测量速度。反射信号的振幅将随着水中散射颗粒的密度、颗粒材料及其在发射频率下的声波反射率以及与换能器的距离而变化。传输的声波信号从换能器呈几何图形传播，而且声音也被水所吸收。传输损耗与系统范围的平方成正比，而反射信号强度降低到系统噪声等级的距离决定了最大测量范围。需要注意的是此类多普勒系统无法直接测量流量（排放量）。流量是基于测得速度、测得水位和渠道截面积而计算出的参数。由于系统仅测量声波所在的渠道的部分水流速，因此使用教科书理论模型或特定于地点的校准（指标流速率定）将仪器测得的速度与平均流速相关联。然后将平均流速 (V) 乘以渠道截面积 (A) 以求出流量值 (Q=VA)，其中渠道截面积由用户提供的有关渠道几何形状、仪器位置以及所测水位的信息所确定。因此，流量的准确度部分取决于估算流量时，渠道流速分布的信息量。以下是笔直且洁净的混凝土衬砌运河（显示的典型现场照片）中不规则速度分布的部分示例，这是在SonTek-IQ的开发过程中使用FlowTracker手持式ADV系统在密集间隔的离散单点中测得的流速：如示例中所示，渠道中的速度分布通常是不均匀的，并且边界层（如渠道的底部或侧面）附近的速度通常明显较低。仪器常用到名称如下：# 由于速度数据中的任何误差都会导致计算出的流量出现误差，因此仪器的速度测量精度至关重要。# 用户给出的渠道几何形状和仪器位置的误差将导致计算出的流量出现误差。# 将仪器测得的速度与平均流速相关联的方法将影响所计算出的流量的精度。多普勒原理同其他原理比较时，“多普勒”概念容易被默认为成“连续波”，这种误解会导致混淆和歪曲。由于多普勒的脉冲和连续方式是完全不同的，因此了解引用哪种多普勒方法总是重要的，本节将对此进行解释。连续波系统通常是单波束解决方案，这意味着采用单波束来接收声波信号。如果多普勒系统没有被定位为“脉冲”、“剖析”或“距离选通”仪器，则通常默示其为连续波系统。连续波系统最常使用独立的发射和接收换能器，从而发射相对于水深的长声脉冲。本质上，系统将连续信号发射到水中，同时监听信号反射。因此，接收的信号是沿声束范围里，所有散射介质的反射信号振幅与相位组合，任何空间信息都是未知的，因为不可能将特定回声信号与沿波束的对应位置关联。尤其是在浅水区，有些连续波系统更容易测量到从水面或河床反射的信号，因为连续波系统不跟踪反射来自哪个位置。这些错误的边界反射会给真实的测量带来明显的噪声和偏差。脉冲式多普勒系统（如SonTek-IQ）在水中传输短的声波脉冲，然后分段侦听反射信号，依据脉冲传输后的时间转换成脉冲在水中的传播距离，从而确定了作为信号源颗粒的位置。通过测量发射脉冲后的特定时间内反射的声波信号，系统能够测量水速的剖面，其中的水柱分成多个深度单元（也称为距离单元或层）。在每个单元中，水速是根据测量的声学数据计算的。这样做的效果是提供了从底部到水面的许多离散的、紧密间隔的测量数据。一些脉冲多普勒系统将报告来自单个测量单元的流速，而不是输出测量的剖面流速。也就是说，他们在得到速度剖面后计算平均速度。由于每个脉冲多普勒换能器既是发射器又是接收器（称为“单站”），因此系统在发射信号后必须等待一小段时间，以便有时间从系统中清除发射脉冲。这种暂停会在系统旁边产生一个无法收集数据的区域，这被称为“盲区”。SonTek-IQ系统具有四个用于测量水流速度的换能器：两束与测量上游和下游的系统的轴线对齐两束对系统侧面进行测量的偏斜波束因此，SonTek-IQ可以解释整个渠宽上某些水平速度的变化。另外，除压力传感器外，还具有一束用于精确测量水深的声束。连续波 (CW) 多普勒系统通常使用单声束来接收已被水中悬浮颗粒所反射的信号。通常，将系统置于渠道、管道或水流的中间，这意味着要测量的水流速度处于仪器前方的渠道中心。有些型号集成了用于测量深度的压力传感器。脉冲多普勒系统使用两个或多个声束来接收已被水中悬浮颗粒所反射的信号。声束被进一步“划分”为可测量整个水柱中各层水流速度的离散单元。对于SonTek-IQ，共有四束声束-一束在渠道中心朝向上游，一束在渠道中心朝向下游，一束偏斜声束朝向渠道右侧，一束偏斜声束朝向渠道左侧。SonTek-IQ还具有用于测量水深的第五束声束以及压力传感器。SonTek-IQ Plus版本提供了流量监测解决方案，适用于深度最大为5m的较大运河和自然环境。具有在水平和垂直方向跨渠道采集小至2cm的单元中的速度分析数据的功能。连续式多普勒系统连续、同步收发的运行方式，其中一个影响称为范围偏置。由于传输的信号与系统的距离越来越弱，因此距离传感器较近的粒子的声学反射对接收信号的影响将大于距离较远的信号。如果通道中的速度分布均匀，则靠近传感器的散射粒子的影响就无关紧要了。但如前所述，通道中的速度通常不均匀。位于发射端附近的散射颗粒产生的更强信号影响，会导致对离系统更近的声波反射产生范围偏差。由于声传输损耗（衰减、吸收），测距偏差问题随着渠道深度的增加而增加。■ 因此由于最大速度通常出现在水面下方，连续波系统的最大渠道深度会受到限制。例如，在水面附近可能存在对实际总流量有着重大影响的高流速情况，但是来自近水面速度的信号输入可能比来自靠近底部的较慢速度的信号输入要弱。通常情况是，底部沉积物浓度较高或颗粒较大，因此具有较强的反射特性。更为复杂的是，这种偏差会随着时间和条件而变化。散射颗粒通常在整个水柱中分布不均匀，并且不同材料的颗粒将具有不同的反射特性。例如，矿物沉积物将具有不同于絮凝剂的散射和反射特性，并且水柱中是否存在沉积物云团及其位置都能够引起幅值不断变化的偏差。在高动态的环境条件下。■ 因此即使在不同流量下校准连续波系统的做法，也可能无法解释和满足存在的众多未知变量。脉冲多普勒系统不受测距偏差的影响。由于系统专为测量精确定时的、以空间为参考的速度数据而设计，因此诸如SonTek-IQ类的脉冲多普勒系统通常会提供更高的速度精度、更高的速度范围和深度范围，从而可以计算出准确的排放量（流量）数据。■ 因此脉冲多普勒系统被认为在更大范围的条件下，尤其在因水力学、水质、颗粒大小和成分而变化的环境中，有更高的可靠性。多普勒流量计（如图所示的SonTek-IQ）根据从水中颗粒反射回来的信号来测量水流速度。通常，水流速度（由箭头表示）随深度和与边界的距离而变化，从而形成速度（流量）剖面（由曲线表示）。对于诸如SonTek-IQ之类的脉冲多普勒系统，颗粒的形状、大小和在水中的分布不会使速度测量结果产生偏差，因为每个测量结果均由在水柱中多个已知位置进行的多次测量组成。即使条件发生变化，脉冲多普勒系统也会捕获速度剖面信息。当流量发生变化或颗粒浓度随每日、季节性或运行因素而变化时，这将获得更精确的测量结果。由于连续波系统缺乏检测流量剖面的能力，因此通常依赖于流量校准，对于每种新的流量或颗粒条件，都可能需要重新校准。SonTek-IQ在意大利普利亚地区Vasca Tavoliere的部署示例。该定制安装架是由Consorzio di Bonifica della Capitanata设计的，旨在安全高效地维护仪器。声学多普勒流量计的典型硬件组件。连续波 (CW) 和脉冲多普勒系统均可采用一体或分体式配置。脉冲多普勒SonTek-IQ（左图）由包含传感器、处理和通讯电子设备的单个单元组成。大多数连续波系统由两个组件组成，传感器通过电缆连接到装有处理和通信电子设备的顶盒。多普勒仪器的波束角（声束“向上投射”到水中的角度）取决于制造商和某种型号。由于波束角会影响本仪器的有效测量范围，因此是一个重要参数。SonTek-IQ采用与垂直方向成35°的波束角，这意味着波束更为垂直。相反，许多连续波系统采用更为水平的波束角，例如与水平方向成20°角。当以更大的水平角度发送时，声脉冲在到达水面之前有着更长的传播距离，传播距离越长，连续波系统的信号越易衰减。在某些情况下，较深的水环境可能导致信号强度不足以测量水柱的中层或上层。某些连续波型号在低功率设置（首先产生较弱的信号）下运行，这进一步增加了在较长距离下信号丢失的可能性。■ 因此在较高的水位下，较大的水平波束角会使测量结果偏向靠近河床的水流速度。同样，通常会针对此类偏差或无法测量的区域校准连续波传感器，但如果环境条件不够稳定，则水深、流态或颗粒条件的任何变化（无论好坏）都会影响信号衰减，因此需要更改校准以保持数据准确性。由于连续发射和接收信号，连续波系统通常具有最小盲区要求极低的优势。■ 因此连续波系统可以在比脉冲多普勒系统更浅的深度进行测量，具体取决于换能器的设计和尺寸。此外，连续波系统通常采用分体两件式设计，并使用一根小型水下传感器电缆将其连接到位于水面某处的大盒子上。由于可以将处理电子设备、记录器和通信模块放置在较大的顶侧盒中，因此可以将水下传感器外壳作得更小，并且可以在较浅的深度进行测量。脉冲多普勒系统可以采用一体或分体式设计。SonTek-IQ是单个单元，只需连接到外部电源即可运行。但是，由于系统包含处理电子设备和内部记录器并采用了更多的声换能器，因此其尺寸可能比大多数连续波设计中可能采用的小型水下传感器要大。此外，如前所述，诸如SonTek-IQ类的脉冲多普勒在传感器面附近设计了最小的盲区。有时，与连续波式多普勒相比，脉冲式多普勒对操作深度的要求更高。

随着沼气集中供暖的逐年发展，沼气流量计得到了广泛应用。目前，有几种流量监测技术在沼气流量监测领域得到了成功应用，直接方法包括涡轮流量计、涡街流量计、孔板流量计、均速管流量计、热式气体质量流量计、超声波流量计，以及光学闪烁相关流量计等。 但由压力低，不耐腐蚀等因素，这些流量测量技术也存在一些具体应用问题，对测量的稳定性和日常维护带来麻烦。本文针对沼气测量方法的优异进行比较，对高性价比超声波沼气流量计BF-3000系列流量计详尽描述。 沼气流量测量的现状对比 沼气流量测量难点在于：流量变动大、不耐腐蚀、粘稠杂质、压力低。超声波流量计与孔板、涡轮、涡街等传统流量计相比，具有适应性强，操作方便等特点，4种流量计对比如下图所示： 超声波沼气流量计BF-3000是针对腐蚀性、低压、低流速、工业或市政现场状况开发的一种流量仪表，满足市政、工业测量需求。通用性强，可单独工作或接入大中小型沼气工程物联网监测系统。超声波沼气流量计BF-3000 工作原理 采用时差法，利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测其在介质中的顺流和逆流传播时间来测量流体的流速，再通过流速来计算流量，是一种间接、非接触式的测量方式，测量精度高、量程宽、耐压力、耐腐蚀。 功能特性 1.全数字化电子单元：电子单元采用最新的微电子技术和元件，采用数字算法程序，使仪表信号处理更精准，运算速度更快捷。 2.抗腐蚀性：传统的涡街、涡轮等流量计在高H2S和水分条件下容易被腐蚀破损，超声波沼气流量计探头采用特制陶瓷超声波探测器，具有超强的耐腐蚀性。 3.低流量测量：在传统气体流量计量程比范围窄，适合稳定的流量工艺；小型沼气工程供气具有明显的“谷峰”特性，要求流量计具有很宽的测量范围。超声波气体流量计更适合低流量测量，国际上天然气贸易计量就是采用超声波气体流量计。 4.温度、压力测量：内置防腐型温度、压力传感器，可实现沼气标准流量的测量。 5.CH4浓度测量功能：实施沼气产品补贴政策，沼气CH4浓度测量是关键，否则与城市燃气表盗气相仿，小型沼气工程会出现采用鼓空气的方法获取更多补贴的风险。传统气体流量计均无法完成这项重要功能，超声波沼气流量计BF-3000无需增加成本就可以实现CH4的准确测量。 6.低维护、低运行费用：传感器没有可造成堵塞或聚集残留的部件，内部无被磨损的机械运动部件，少日常维护，低运行成本。 安装要求 1.流量计安装位置应尽可能选择上游大于10倍直管径、下游大于5倍直管径以内无任何阀门、弯头、变径等均匀的直管段，这种安装条件将有助于确保有更加对称的速度分布剖面； 2.为消除沼气管道中凝结水的不良影响，建议用户在直管段前加装排污阀，并适当抬高流量计的安装位置，使冷凝水有效地在前端的排污口排出； 3.在沼气流量计管道旁并联一路旁路管段，以方便流量计的检修维护。沼气流量计入口处的管道必须安装一个关闭气路的阀门。沼气流量计安装好后，应检查联接处的密封性； 4.严禁用明火检漏。进入沼气流量计内的气体压力不得超过其规定的最大压力值； 5.流量计表体的内径与直管段的内径应一致，对于流量计上游的直管段尤其重要； 6.流量计表体与连接的直管段之间的轴线不重合度减至最小，沼气流量计应保证气室水平安装； 7.垫片如突入管道可能会造成对流场分布的干扰。应该采取措施确保垫片是在法兰密封面上且与法兰保持同心，不允许有垫片突入管道； 8.安装时应检查流量计测量管段内腔是否清洁，若有油脂及灰尘，需及时清除干净。 由于准确度高和维修费用低，超声沼气波流量计己被气体工业界所接受，它是自气体涡轮流量计后被气体工业界接受的最重要的气体流量计量器具。至今已有较多国家的政府机构批准气体超声波流量计为法定计量器具。 版权声明:本文转载自微信公众号@沼气工程及其测控技术，如欲转载，请务必注明来源，违者必究。

流量计是测量液体、气体流量必不可少的仪表，大家平时想必也都见过许多不同类型的流量计。正确的安装方式对流量计来说十分重要，今天小沼为大家带来几种常见流量计的安装要求，希望对大家有所帮助。 电磁流量计 为了使电磁流量计工作稳定可靠，在选择安装地点时应尽量避开铁磁性物体及具有强电磁场的设备，以免磁场影响传感器的工作磁场和流量信号。 电磁流量计的测量原理不依赖流量的特性，如果管路内有一定的湍流与漩涡产生在非测量区内则与测量无关。如果在测量区内有稳态的涡流则会影响测量的稳定性和测量的精度，这时可以增加前后直管段的长度、采用一个流量稳定器或减少测量点的截面以稳定流速分布。 流量计可以水平和垂直安装，但是应该确保避免沉积物和气泡对测量电极的影响，电极轴向保持水平为好。垂直安装时，流体应自下而上流动。 水平垂直安装 传感器不能安装在管道的最高位置，这个位置容易积聚气泡。 传感器不能安装在管道的最高位置 确保流量传感器在测量时，管道中充满被测流体，不能出现非满管状态。如管道存在非满管或是出口有放空状态，传感器应安装在一根虹吸管上。 确保满管安装 电磁流量计的常规直管段要求是前10D后5D，在有弯管、阀门的情况分别有不同的要求。弯管、阀门和泵之间的安装涡街流量计 涡街流量计主要安装要求是对于直管段的要求，涡街流量传感器的上游侧和下游侧应有较长的直管段。 对于涡街流量计来说，测量气体流量时，若被测气体含有少量的液体，流量计应安装在管线的较高处。测量液体时，若被测液体中含有少量的气体，流量计应安装在管线的较低处。涡轮流量计 涡轮流量计在安装时，应注意远离外界电场、磁场，必要时应采取有效的屏蔽措施，以避免外来干扰。涡轮流量计可水平、垂直安装，垂直安装时流体方向必须向上。液体应充满管道，不得有气泡。安装时，液体流动方向应与传感器外壳上指示流向的箭头方向一致。安装时必须使管道内流体满管，才能保证测量精准。 流量计上游端至少应有10倍公称通径长度的直管段，下游端应不少于5倍公称通径的直管段，其内壁应光滑清洁，无凹痕、积垢和起皮等缺陷。传感器的管道轴心应与相邻管道轴心对准，连接密封用的垫圈不得深入管道内腔。不同情况下的直管段要求如下图。 同时在安装时应避免管道内产生气泡，否则会影响测量的精度。 超声波流量计 超声波流量计也是比较常见的流量计，它的安装在所有流量计的安装中是最简单便捷的，只要选择一个合适的测量点，把测量点处的管道参数输入到流量计中，然后把探头固定在管道上即可。 超声波流量计的安装主要遵循以下几点： 1.选择充满流体的材质均匀质密、易于超声波传输的管段，如垂直管段或水平管段。 2.安装距离应选择上游大于10倍直管径、下游大于5倍直管径以内无任何阀门、弯头、变径等均匀的直管段，安装点应充分远离阀门、泵、高压电和变频器等干扰源。 3.避免安装在管道系统的最高点或带有自由出口的竖直管道上。 4.对于开口或半满管的管道，流量计应安装在U型管段处。 现市面上有一款专门针对沼气成分、流量测量的超声波沼气流量计BF-3000，其安装要求如下： 1.流量计安装位置应尽可能选择上游大于10倍直管径、下游大于5倍直管径以内无任何阀门、弯头、变径等均匀的直管段，这种安装条件将有助于确保有更加对称的速度分布剖面； 2.为消除沼气管道中凝结水的不良影响，建议用户在直管段前加装排污阀，并适当抬高流量计的安装位置，使冷凝水有效地在前端的排污口排出； 3.在沼气流量计管道旁并联一路旁路管段，以方便流量计的检修维护。沼气流量计入口处的管道必须安装一个关闭气路的阀门。沼气流量计安装好后，应检查联接处的密封性； 4.严禁用明火检漏。进入沼气流量计内的气体压力不得超过其规定的最大压力值； 5.流量计表体的内径与直管段的内径应一致，对于流量计上游的直管段尤其重要； 6.流量计表体与连接的直管段之间的轴线不重合度减至最小，沼气流量计应保证气室水平安装； 7.垫片如突入管道可能会造成对流场分布的干扰。应该采取措施确保垫片是在法兰密封面上且与法兰保持同心，不允许有垫片突入管道； 8.安装时应检查流量计测量管段内腔是否清洁，若有油脂及灰尘，需及时清除干净。 通过上述流量计的介绍，常见的工况下的流量计安装方式已经比较清楚了，对于复杂工况下的流量计安装还需要具体情况具体分析，积累丰富的经验是解决问题最重要的环节哦。（欢迎转载，转载请注明来源：沼气工程及其测控技术）